Tesis Ingeniería Civil

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Análisis de esfuerzos en la zona de transición en un edificio de hormigón armado con irregularidad en la vertical diseñado de acuerdo a la normativa vigente
(Universidad de Valparaíso, 2016-01) González Ballesteros, Daniel Edison; Morales Gómez, Alejandro
Las irregularidades verticales al estar presentes en las edificaciones, ocasionan cambios bruscos de rigidez y masa entre pisos consecutivos, lo que se traduce en fuertes concentraciones de esfuerzos y conducen a una distribución irregular de fuerzas y deformaciones a lo largo de la altura de la estructura. “Deben evitarse, en lo posible, los escalonamientos y tratar que los cambios de un nivel a otro sean lo más suaves posibles, sobre todo en edificaciones tan importantes como hospitales y centros de salud”. Algunos de los ejemplos más comunes de cambios bruscos de rigidez en altura son: pisos intermedios con diferentes alturas, piso blando, cambios de sección vertical en muros, variación de rigidez de columnas y muros cortantes discontinuos. Ciertas normas, como la Norma de Nueva Zelanda establecen métodos de análisis simples, como el Método Estático Equivalente, que se calibra utilizando la respuesta sísmica de estructuras regulares. Para las estructuras con discontinuidades, tales como una diferencia significativa en la rigidez del suelo, fuerza o masa, con planos irregulares, o con diafragmas flexibles, el método Estático Equivalente puede subestimar las demandas reales y producir estructuras inseguras. Por esta razón, muchos códigos mundiales actuales (por ejemplo, IBC, 2003 y NZS 1170.5, 2004), proporcionan limitaciones en el máximo grado de irregularidad de estructuras diseñadas de acuerdo con el método Estático Equivalente. Por ejemplo, el Código Internacional de Construcción [3], y la Norma de Nueva Zelanda definen la irregularidad como: 1.- Irregularidad Rigidez (piso blando). Un piso blando es uno en el que la rigidez lateral es menos de 70 por ciento la del piso de arriba o menos de 80 por ciento de la rigidez promedio de los tres pisos por encima. 2.- Irregularidad de Masa. Se considera irregularidad de masa donde la masa efectiva de cualquier piso es más de 150 por ciento de la masa efectiva de un piso adyacente. Un techo que es más ligero que el piso de abajo no tiene que ser considerado como caso de irregularidad de masa. 3.- Irregularidad Geométrica. Se considera irregularidad geométrica vertical cuando la dimensión horizontal del sistema de resistencia sísmica en cualquier piso es más de 130 por ciento del piso adyacente. Por otro lado la Norma Chilena de Diseño Sísmico establece que “En los niveles donde haya discontinuidad de rigideces en los planos resistentes u otras subestructuras verticales, se debe verificar que el diafragma sea capaz de redistribuir las fuerzas”. Con el fin de detectar cómo se distribuyen las concentraciones de esfuerzos en las zonas de transición en estructuras con cambios de rigidez en altura, en este trabajo se realiza el análisis y diseño de un caso de estudio consistente en un edificio de hormigón armado con irregularidad en la vertical, para posteriormente evaluar su comportamiento mediante un análisis tiempo historia usando registros sísmicos consistentes con el espectro de diseño.
Análisis y Diseño Sísmico de un Edificio Estructurado con Paneles Livianos de Madera (LTF)
(Universidad de Valparaíso, 2020-05) Cortés Páez, María Fernanda; Quintana Gallo, Patricio
A lo largo de los años, el hormigón y el acero han sido ampliamente utilizados como materiales constructivos: su comportamiento a compresión y a tracción, respectivamente, los ha posicionado como la mejor opción a la hora de construir edificios de mediana y gran altura. Sin embargo, hoy surge una interrogante ante el uso de estos materiales ¿Qué impacto tiene su uso en el medio ambiente? En las últimas décadas la construcción de casas y edificios habitacionales de varios pisos utilizando madera ha ido en aumento en varios países. Parte de este incremento se debe a su positivo impacto en el medio ambiente, ya que, como material de construcción contribuye indirectamente a mitigar el cambio climático, debido a que los árboles consumen dióxido de carbono (CO2) al crecer, y parte de éste se conserva en la madera procesada, constituyendo un “almacén de carbono”. Al incorporar energía solar en su fabricación, reduce la quema de combustibles fósiles, disminuyendo de esta forma la huella de carbono. Por otro lado, el proceso de fabricación tanto del hormigón armado como del acero estructural requiere un gran consumo energético, que va acompañado de altas emisiones de dióxido de carbono al medioambiente.
Análisis y Diseño Sísmico de un Edificio Híbrido de Madera Procesada (LVL, CLT) Combinada con Riostras de Acero con Amortiguamiento Suplementario
(Universidad de Valparaíso, 2020-05) Rubio González, Ricardo Anselmo; Quintana Gallo, Patricio
La industria de la construcción es uno de los principales generadores de contaminación a nivel mundial, debido a los procesos que la involucran. Uno de estos procesos es la fabricación de materiales de construcción como el hormigón, acero y aluminio, donde se utiliza una gran cantidad de energía producto del consumo de combustibles fósiles que emiten gases contaminantes como el dióxido de carbono (CO2). En Chile se estima que el sector de la construcción genera alrededor del 34% de los residuos sólidos y más de un tercio de las emisiones totales de gases con efecto invernadero (incluido CO2) del país [2]. Con el objetivo de mitigar estos efectos, el Estado de Chile se ha adscrito a compromisos internacionales como el acuerdo de París de 2016, donde se ratifica la intención de reducir en un 30% las emisiones de CO2 por unidad de producto interno bruto (PIB) al año 2030. Siendo en la actualidad el impacto medioambiental un gran problema a nivel global, en el ámbito de la construcción se hará cada vez más necesario el uso de materiales sustentables como la madera, que presenta grandes ventajas sobre materiales tradicionales como el hormigón y el acero: (1) actúa como una fuente de almacenamiento de CO2, ya que parte de este compuesto consumido durante el crecimiento de los árboles permanece en los productos procesados requiere menor energía durante su proceso de fabricación; y (3) su proceso de producción genera menos desechos tóxicos. La Figura 1.1, tomada de la referencia [3], ilustra cómo la construcción en madera presenta una menor huella de carbono en comparación con el hormigón y el acero.
Comparación de la respuesta estructural, entre una estructura convencional y una con aislación basal
(Universidad de Valparaíso, 2013-12) Carrasco Escobar, Paulina; Morales Gómez, Alejandro
La actividad sísmica en ciertos sectores del planeta es una constante en el tiempo, cuyo control hasta el día de hoy no está al alcance del hombre. Debido a lo anterior, hay que considerar que el sismo como tal no es el causante de víctimas, sino más bien son las interacciones que se conjugan entre el evento sísmico y el ambiente creado por el hombre, el que está conformado por edificios, puentes, embalses, etc. Con el objetivo de reducir los daños provocados por los terremotos, se deben considerar el control y la reducción del riesgo sísmico, tomando en cuenta la interacción de la amenaza o peligro sísmico, el que está dado por la actividad sísmica de la localidad y la vulnerabilidad sísmica, que está en función del ambiente generado por el hombre y del nivel de preparación que este posee para actuar ante el sismo. Chile como localidad es uno de los países con mayores niveles de vulnerabilidad sísmica, así lo confirma el sismólogo Sergio Barrientos, cuando menciona que el 46,5% de toda la energía sísmica mundial del siglo XX, se liberó en territorio Chileno; y que de los quince terremotos más destructivos registrados a nivel mundial desde 1900, tres han ocurrido en Chile (ASOSEM, 2012]. La situación sísmica de Chile se debe principalmente a que se encuentra ubicado en una de las regiones sísmicamente más activas del mundo, ya que se sitúa en la llamada zona del Cinturón de Fuego del Pacífico, específicamente contiguo al encuentro entre la Placa de Nazca, subplaca del Pacífico y la Placa Sudamericana. El último evento sísmico de grandes proporciones que ocurrió en nuestro país es el denominado "Terremoto del Maule", acontecido el 27 de febrero del 2010, es el quinto a nivel mundial con una Magnitud Momento de 8.8. '"Lamentablemente, ocurrió el colapso de 6 edificios la mayoría de ellos por incumplimiento de la norma NCh433 Of.96 Mod.2009 (Diseño sísmico de edificios). Por este motivo se ha considerado, unánimemente y a nivel internacional, como un éxito el resultado de las normas y de la ingeniería sísmica chilena" [Saragoni, 2011]. Como consecuencia de éste, ha surgido una gran demanda por el uso de protección sísmica en edificios habitacionales y de oficina al igual como sucedió en la década de los 90, con los terremotos de Northridge (1994) y Kobe (1995), ya que han registrado un excelente comportamiento. Antes del megaterremoto del Maule, existían 10 estructuras con protección sísmica, ahora contamos con más de 30.
Diseño de marcos en sistemas de estructuración mixta de hormigón armado
(Universidad de Valparaíso, 2015-01) Salas Aguirre, Sebastian Felipe; Morales Gómez, Alejandro
De acuerdo a los resultados obtenidos en el desarrollo de este trabajo, se puede concluir: Las demandas de desplazamiento obtenidas a partir del Decreto Supremo N°61, en ambos sistemas, son sobrepasadas por las obtenidas con el registro de Concepción en aproximadamente un 25%, no así para los registros de Constitución y Viña del Mar. Es decir, el Decreto Supremo N°61 no es un buen predictor en el caso particular de la ciudad de Concepción. Las demandas de momentos en la altura de los muros, obtenidas a partir del análisis contemplado en la normativa vigente, son sobrepasadas por las demandas de momento provocadas por los tres registros considerados en el análisis no-lineal tiempo-historia; es razonable plantear que los muros detallados de acuerdo a la normativa vigente presentarán incursión no lineal en los pisos superiores, en general sobre el tercer piso, teniendo más de una sección crítica. La posición exacta de esta potencial rotula plástica sólo es posible determinarla si el modelo de análisis tiene la opción de rotularse en la altura. Al detallar los muros considerando los esfuerzos últimos del análisis, sin mayores consideraciones, provocará incursión no lineal fuera de la zona critica (típicamente la base). La envolvente de momentos propuesta por el Eurocódigo 8 [11] para muros en sistemas mixtos asegura una respuesta elástica fuera de la zona crítica, ya que considera la influencia de los modos superiores, los resultados son consistentes con los presentados en [12]. Permitir incursión no-lineal en los pisos superiores implica proyectar un detallamiento similar al de la sección crítica (elementos de borde, confinamiento, etc.) en toda la altura del muro [12]. Como se puede observar en el punto 4.2, si bien las mayores demandas de ductilidad en vigas, columnas y muro son provocadas por el registro de Concepción, las mayores demandas de momento (sobre la base) y corte las provoca el registro de Constitución, esto debido a la influencia de los modos superiores en la estructura. Esto se puede comprobar al ver el diagrama de momento instantáneo mostrado en la figura 4.24. No necesariamente tener grandes demandas de desplazamiento implica tener grandes demandas de esfuerzos, no existe una relación directa como se infiere de los resultados. Es altamente recomendable desarrollar diseño por capacidad al corte en muros. A pesar de la presencia de muros y de que estos toman más del 75% del corte por piso, las deformaciones de entre-piso y las demandas de ductilidad en las vigas son significativas, tanto para el sistema 1 como para el sistema 2 (casi no varían entre ambos sistemas), por lo que es de vital importancia proporcionar un detallamiento adecuado (Marcos Especiales) en los marcos de sistemas mixtos, y con ello proporcionar el mecanismo de disipación deseado, expuesto en la figura 2.
Evaluación del comportamiento sísmico mediante curvas de fragilidad para edificios de marcos de acero resistentes a momentos (OMF)
(Universidad de Valparaíso, 2025-12) Flores Godoy, Franco Wladimir; González Blacud, Juan Carlos
Los terremotos son eventos en los cuales se libera una gran cantidad de energía en forma de ondas que se propagan a través del suelo. Chile, al igual que otros países, se encuentra emplazado dentro del denominado Cinturón de Fuego del Pacífico, caracterizado por una elevada actividad sísmica producto de la convergencia de placas tectónicas. Dentro de los eventos más significativos registrados en país se encuentran Los Vilos año 2015 con un sismo de magnitud 8,4, Cobquecura en el año 2010 con una magnitud de 8,8 y en Valdivia de magnitud 9,5 el año 1960 categorizado como el sismo más grande registrado instrumentalmente. Considerando la alta sismicidad, las estructuras deben diseñarse no solo para evitar el colapso, sino también para presentar un desempeño satisfactorio, manteniendo condiciones de servicio y limitando los daños estructurales posterior a un evento sísmico severo. En la actualidad, el enfoque de desempeño y fragilidad estructural es uno de los principales desafíos del diseño sismorresistente. Para cumplir con los requerimientos estructurales frente a las solicitaciones sísmicas, existen diferentes sistemas sismorresistentes, entre los cuales destacan los muros de hormigón armado, pórticos arriostrados, estructuras mixtas y marcos resistentes a momento de acero. Estas soluciones son ampliamente usadas debido a sus características de rigidez, ductilidad y capacidad de disipación de energía. En particular, los marcos resistentes a momento de acero se clasifican en tres categorías: ordinarios (OMF), intermedios (IMF) y especiales (SMF), según lo indicado en la norma internacional AISC 341-16 [1], la cual establece distintos niveles de exigencia normativa para cumplir los requisitos de ductilidad y disipación de energía controlada. Este trabajo se centra en el estudio de los marcos resistentes a momento ordinarios (OMF), los cuales corresponden a estructuras que presentan menores exigencias normativas, pero también una menor reducción del coeficiente de respuesta sísmica establecido en la NCh 433.Of96 Mod.2009 [2]. Las estructuras de este tipo posibilitan la generación de espacios arquitectónicos amplios, al prescindir de elementos diagonales o muros de rigidez. Distintos estudios han señalado que su desempeño frente a demandas sísmicas puede verse limitado [3], lo que plantea incertidumbre respecto a la seguridad estructural ante sismos de gran magnitud. A nivel internacional, después del terremoto de Northridge en 1994 con magnitud de 6,7, ocurrido en California (Estados Unidos), se detectaron en estructuras diseñadas con OMF, fallas frágiles en las conexiones soldadas viga-columna, generando una revisión más profunda en las disposiciones normativas asociadas a este tipo de sistema constructivo, dando paso al desarrollo de criterios más estrictos para el diseño de conexiones AISC-358 [4] y requisitos más concretos para cada tipo de marco resistente a momento. En Chile, la norma sísmica vigente NCh 433 permite el uso de marcos OMF asignando factores de modificación de la respuesta sísmica de R = 4 para un análisis estático y R0=5 en un análisis modal espectral, sin imponer restricciones adicionales a su aplicación. El presente trabajo incorpora el efecto de la losa colaborante como parte del sistema estructural, considerando que su interacción con las vigas puede modificar la rigidez de estos elementos y la respuesta global de los marcos. Se contempla el análisis de ocho estructuras simétricas de baja altura, correspondientes a edificios de 2 y 3 pisos, ubicados en zonas sísmicas II y III, emplazados sobre suelo tipo D. Estas estructuras son diseñadas mediante el software ETABS para un análisis lineal conforme a las normas vigentes. Posteriormente, los modelos estructurales se desarrollan mediante el lenguaje de programación Python y herramientas de la plataforma de OpenSeesPy, con el objetivo de realizar análisis estructurales no lineales, de tipo estático incremental (pushover) y dinámico incremental (IDA). En el caso del análisis dinámico incremental, se aplican siete registros sísmicos representativos del territorio nacional con magnitudes comprendidas entre 6,0 y 8,5 Mw, empleando criterios de daño basados en HAZUS [5]. A partir de los resultados obtenidos, se elaboran curvas de fragilidad, las cuales permiten cuantificar probabilísticamente el daño estructural en distintas categorías asociadas a diferentes niveles de desempeño. En consecuencia, este trabajo, en el contexto de Chile, no solo presenta resultados de carácter académico, sino también evalúa la confiabilidad de los marcos resistentes a momento ordinarios frente a registros sísmicos de terremotos reales, aportando una visión integral de su desempeño estructural.
Propuesta de análisis de flexibilidad y diseño sísmico para sistema de cañerías apoyadas directamente sobre terreno
(Universidad de Valparaíso, 2015-07) Neumann Vera, Christian Andrés; Valenzuela Barbosa, Joaquín
En chile la gran minería ha llevado a grandes consumos de agua. Este recurso es muy escaso en la principal zona donde se desarrolla, el norte de chile, por este motivo se han empezado a realizar proyectos de grandes acueductos mineros para utilizar agua de mar sin desalinizar para los procesos metalúrgicos. En estos sistemas los caudales pueden ser del orden de 1500 [lts] con tramos cuyas presiones pueden superar los 1000 [mca]. Se analiza un tramo de cañería apoyada directamente sobre terreno la cual resulta en un menor costo y rapidez de montaje en comparación de una cañería bajo terreno. Sin embargo, aumenta la incertidumbre del comportamiento mecánico que tendrá la cañería ahora que no se encuentra confinada por el suelo junto a su comportamiento frente a sismos de gran magnitud. Este trabajo muestra una metodología y una modelación simple para abordar el problema del análisis de flexibilidad de una cañería sobre terreno, el cual consiste en la posibilidad de separar el problema sísmico del análisis de flexibilidad de la cañería. Lo anterior, considerando que el material de la cañería trabaja en el rango elástico. Al momento de analizar la cañería sobre terreno, es necesario visualizar las restricciones entregadas por el código y la norma sísmica. Dependiendo de cómo se aborde el problema, puede ser necesario la utilización de anclajes y guías, los cuales pueden llegar a traducirse en grandes cantidades de hormigón a lo largo del trayecto y mayores espesores de las paredes de la cañería debido a los esfuerzos que inducen las restricciones al movimiento. Lo que finalmente tiende a subir los costos y en alguna medida a ir restando beneficios que tendría esta nueva estrategia en acueductos mineros dispuestos sobre terreno respecto de un proyecto con cañería enterrada. Se presentan también soluciones alternativas orientadas a cambiar los anclajes y las guías por dispositivos flexibles estratégicamente ubicados con el fin de concentrar la deformación en esos puntos, lo que eventualmente puede disminuir los costos por concepto de la implementación de soportes.
Protección sísmica para muelle transparente
(Universidad de Valparaíso, 2016-01) Ovalle Herrera, Gonzalo Rodrigo; Morales Gómez, Alejandro
Desde la perspectiva del diseño estructural de un muelle transparente y la idea de dotarlo de dispositivos de protección sísmica para enfrentar las solicitaciones impuestas por un eventual gran sismo, no es insensato pensar que se requieren muchos conocimientos y antecedentes muy especificas acerca del tema para afrontar un proyecto de este tipo. En este tipo de estructuras, el pilotaje es fundamental. Los pilotes son un sistema de fundaciones profundas, que puede ser muy eficaz y estable si se conoce muy bien la interacción suelo-pilote. Un aspecto importante en este trabajo, fue el aspecto geotécnico. En este TDT, se modeló el sistema de interacción suelo-pilote mediante resortes elásticos que varían en rigidez a medida que aumenta la profundidad y de acuerdo a las características y capacidad de soporte de los diferentes horizontes o estratos de suelo. Con ello se pudo comprobar que existe el punto de empotramiento virtual, punto ubicado a una profundidad en que el pilote enterrado ya no sufre rotaciones ni deformaciones laterales. Esto da una idea de que los pilotes son más esbeltos de los que se suele pensar, porque se empotran varios metros más debajo de la superficie o cota del Lecho marino, y se ha de tener presente que la rigidez lateral de Los pilotes, en su parte no enterrada, está en función de una longitud efectiva que debe considerar la profundidad en que se da dicho empotramiento virtual.
Verificación del criterio contenido en el Decreto Supremo N°60 para definir el diseño de marcos de hormigón armado en edificios con estructuración mixta
(Universidad de Valparaíso, 2013-05) Urquieta Herrera, María Jesús; Morales Gómez, Alejandro
Los sistemas estructurados con muros, son el principal tipo de estructuración para edificios de hormigón armado en Chile; poseen gran rigidez, por lo que limitan las deformaciones laterales producto de sismos. Por otro lado, los sistemas estructurados con marcos de hormigón armado son más flexibles, poseen mayores períodos y desplazamientos ante solicitaciones sísmicas. Sus deformaciones de entrepiso son menores en los niveles superiores. Cuando la resistencia a la fuerza lateral es proporcionada por la acción combinada de marcos y muros estructurales, es habitual hacer referencia a ellos como un sistema dual o una estructuración mixta (Priestley, 1992). Estos sistemas presentan ventajas desde el punto de vista estructural, ya que poseen las características de ambos sistemas, satisfaciendo las demandas de cargas laterales limitando el desplazamiento de entrepiso, y controlando los daños en la estructura, debido a que la presencia de los muros otorga una mayor rigidez a la estructura ante dichas cargas. El código ACI 318-08, (American Concrete lnstitute, 2008) rige el diseño de marcos de hormigón armado, clasificándolos según su nivel de desempeño como: • Marcos Especiales a Momento: Sistemas capaces de incursionar y disipar energía en el rango inelástico de manera estable, ante un evento sísmico. El nivel de detallamiento proporciona la resistencia y ductilidad requerida para la condición sismorresistente más exigente, de conformidad a los lineamientos normativos. • Marcos Intermedios a Momento: Sistemas capaces de incursionar y disipar energía en el rango inelástico de manera limitada, ante un evento sísmico. El nivel de detallamiento proporciona la resistencia y ductilidad requerida para una condición sismorresistente intermedia, de conformidad a los lineamientos normativos.

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Examinando Tesis Ingeniería Civil por Materia "ANALISIS SISMICO"

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